150W多串LED驱动器设计

多串LED线路广泛应用于路灯、洗灯和其他一般照明产品。一般解决驱动多串LED线路的方法是使用多通道线性电流稳压器。使用线性电路的方法后，稳压器就没有产生电磁干扰的问题了。和使用个别LED驱动器驱动每个LED线路的方法比较起来，多通道解决方案可以提供较好的串对串电流嗜范龋也比较容易检测与发现LED线路的故障。线性电流稳压器是一个直流电源输入装置，可以是一个交流/直流的转换器，或是一个直流/直流的转换器。如果电源是直流电，电压远低于LED线路的顺向电压，我们就会使用到升压转换器。本文将介绍使用升压转换器和线性电流稳压器的4串LED线路、150瓦的LED驱动器。表1所示为其设计的规格。

电路概述

图1所示为一个150瓦LED驱动器的方块图。由图可看出其为升压转换器使用一个LM3430的控制器，控制器电源来自18～24V的直流系统轨电压(VRAIL)，用以供应LED线路。LED电流受到一个4通道线性电流稳压器LM3464调节。动态余量控制(Dynamic Headroom Control， DHC)方法会被执行以求达到最大的效率。这主要是包含到从LM3464到LM3430的讯号授，为了让电力损失最小化，LM3430就会适度地调整系统轨电压到最小值。在LED电源开启时，LED的顺向电压因温度升高而慢慢降低(以分计)并减少运行中的轨电压，这样就能够有效降低电流稳压器的电力损失，也因此提升整体效能。

线性多串LED驱动器

图2所示为由LM3464执行的四通道线性电流稳压器图解，每个LED线路都是由系统轨电压供电动，也连接着它相应的线性电流稳压器(1～4通道)。这是由金氧半场效晶体管(Q1～Q4)和一个感测电阻器(RSNS1到RSNS4)所组成。金氧半场效晶体管由LM3464控制，使得感测电阻器上的跨压因而下降，被调节到0.2V，从而调节LED电流。

LM3464电路主要设计的元件是授电阻器电路RFB1、RFB2和RDHC，这和VRAIL(nom)的电压饰VDHC_READY、VLED和VRAIL(peak)有关，如图3的启动波形所示。在启动时，LM3430在LM3464之前启动，以执行升压转换器，同时将 VRAIL调节至VRAIL(nom)。在这段期间没有动态余量控制因为LM3464还没启动。其次当CDHC 的电压(一个电容器从LM3464的CDHC引线连接到地面)到达5.55V时，LM3464将VRAIL提高到VDHC_READY，这是一个高到足以开启LED线路的电压。

之后，动态余量控制就会启动，将VRAIL调节至VLED，能以最小电压开启所有LED线路以获得最大的效率。因此，VRAIL(nom)和VDHC_READY的设计值是参考VLED，足以支援VLED的差异。在本文中，VLED是39V，VRAIL(nom)和VDHC_READY分别被设计成30V和42V。最后，当LM3464的OutP引线连接地面发生短路时，VRAIL(peak)会产生最大值的VRAIL。VRAIL(peak)也可能是最高的VRAIL，让升压转换器能够输出。因此，升压转换器必需能够输出VRAIL(peak)，而不超过输出额定电压。在本文中，VRAIL(peak)是设定在45V，所以额定电压是50V的输出电容器都可以使用。

主要元件的设计

下列步骤是主要元件的选择细节，包括RFB1、RFB2、RF1、RF2、 RDHC，也涉及VRAIL(nom) 、VDHC_READY、VLED、VRAIL(peak)。

RFB1和RFB2：藉由LM3430透过VDHC接脚流入电流，LM3464提高了VRAIL，直到VLedFB接脚的电压到达2.5V时，VRAIL会达到42V的VDHC_READY。授电阻器RFB1和RFB2分别被设计成57.6k?和3.65k。

RF1和RF2：当VRAIL(nom)是30V时，从LM3430上FB接脚的电压会被调节至1.25V，而授电阻器RF1和RF2分别被设计成1.91k?和44.2k。

RDHC：RDHC的值可以根据VRAIL(peak)来定义，在本文中，VRAIL(peak) 是45伏，RDHC是1.7kΩ。

电流侦测电阻器： 流过感测电阻器的电流，电阻器的跨压时被调节成0.2V。在本文中，LED的电流是1A，所以感测电阻器被设计成0.2Ω(=0.2V/1A)。

升压转换器

图4所示为LM3430所执行的升压转换器图解，以下是选择主要元件细节的说明。

电感器选择：对于一个24V典型的输入电压来说，藉由动态余量控制的方法能将VRAIL调节至VLED为39伏，经计算后的输入电流和负载比率是6.5A和38.5%。常见的选择有电感器电流波ILripple，是一般电感器电流的30%，就是1.95A。300kHz的开关频率，即时ton是1.28μs。因此可以得出计算的电感值为15.7μH，标手15μH会被选定。另一方面，当输入的电压最小时(18V)，输入的电流是最大，也就是8.67A。考虑到效率问题时，实际输入的电流可能比计算值大很多。我们应该选择有高饱和电流和低等效串联电阻。

金氧半场效晶体管和二极管：金氧半场效晶体管和二极管的额定值视其开启电流而定，这和输入电流最大值有关。在150瓦输出电源的情况下，电源功耗很大，所以需要一个好的散热器。

输出电容器和滤波器：输出电容器控制着升压转换器的输出电压涟波。这也和调光期间输出电压的暂态回应有关，应选择具负载变化的升压转换器。这边选用了470μF的电容器。为了进一步减少轨道电压的涟波，我们也选用一个2.2μF的陶瓷电容器和一个LC滤波器。当VRAIL(peak) 为45V时，输出电容器的额定电压大于50V。最后我们会应用LC滤波器以进一步减少VRAIL的电压涟波。

补偿设计：由R1、C1组成的一个主导极点，和一个内部运算放大器被设计成闭路循环。闭路的直流电增益为40dB，这是高到足以让VRAIL获得一个小稳态误差的状况。此外，稳态误差同时可经由动态余量控制达到最小化。截止频率被设计成5kHz。这是在LED调光期间，在暂态负载的情况下所获得很好的暂态回应。